Справочный модуль по электрическому току

Справочный модуль по электрическому току

(для подготовки к зачётам, экзаменам)

Электрический ток – упорядоченное движение электрических зарядов.

Для возникновения электрического тока необходимо наличие:

а) электрического поля;

б) свободных электрических зарядов.

Сила тока (ампер) – величина, определяемая электрическим зарядом, проходящим через поперечное сечение проводника в единицу времени.

. . A (амперметр).

Плотность тока - величина, численно равная отношению силы тока к площади поперечного сечения проводника, проведенного перпендикулярно направлению тока, и направленную по току.

dS . .

- единичный вектор нормали к площадке .

Для постоянного тока (сила тока и его направление со временем не изменяются): .

.

- заряд одной частицы, - концентрация заряженных частиц, - скорость движения частиц.

Источник тока – устройство, способное создавать и поддерживать разность потенциалов за счёт работы сторонних сил. ℰ

Сторонние силы – силы неэлектростатического происхождения, действующие на электрические заряды.

Электрическая цепь – образующая замкнутую систему совокупность проводников и источников тока.

Электродвижущая сила (ЭДС) источника тока ℰ, - величина, определяемая работой сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль замкнутой цепи.

Напряжение (или падение напряжения) на участке цепи U, В – величина, определяемая полной работой электростатических (кулоновских) и сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль участка цепи.

. V (вольтметр).

Понятие напряжения является обобщением понятия разности потенциалов: напряжение на концах участка цепи равно разности потенциалов в том случае, если на этом участке не действует ЭДС, т.е. сторонние силы отсутствует.

Закон Ома для участка цепи (1826): сила тока I, текущего по однородному металлическому проводнику (т.е. проводнику, в котором не действуют сторонние силы), пропорциональна напряжению U на концах проводника. .

- электрическая проводимость проводника (сименс).

- электрическое сопротивление проводника. .

Ω (омметр)

Единица сопротивления в СИ – ом: 1 Ом – сопротивление такого проводника, в котором при напряжении 1В течёт постоянный ток 1А.

. I

R

U

Сопротивление проводников зависит от материала проводника, геометрических размеров формы, а также от температуры.

Для однородного линейного проводника сопротивление прямо пропорционально его длине и обратно пропорционально площади его поперечного cечения . .

- удельное электрическое сопротивление проводника. .

- удельная электрическая проводимость вещества проводника. .

Удельное сопротивление , а следовательно, и сопротивление линейно зависит от температуры.

;

.

- удельное сопротивление при 0⁰C, - сопротивление при 0⁰C.

- температурный коэффициент сопротивления.

Для чистых металлов равный. .

. .

Последовательное соединение проводников.

R₁ R₂ .

Параллельное соединение проводников.

R₁

.

R₂

Закон Ома для участка цепи, содержащей ЭДС. I

. .

Закон Ома в дифференциальной форме.

.

Плотность тока в любой точке внутри проводника пропорциональна напряжённости электрического поля в этой же точке.

Работа и мощность электрического тока

. . .

Закон Джоуля-Ленца.

Если на участке цепи под действием электрического поля не совершается механическая работа и не происходят химические превращения вещества, то работа электрического поля приводит только к нагреванию проводника. При этом количество выделяющегося в проводнике тепла пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению и времени.

.

Закон Ома для замкнутой цепи.

- внешнее сопротивление.

- внутреннее сопротивление

r (сопротивление источника тока)

- полное сопротивление цепи.

Сила тока в электрической цепи прямо пропорциональна ЭДС источника тока и обратно пропорционально полному сопротивлению цепи.

Правила Кирхгофа для расчёта электрических цепей.

Узел цепи – точка, в которой сходятся более чем два проводника.

I₂ I₃

I₄

I₁

I₅

1 правило: алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна нулю.

.

2 правило: в любом произвольно выбранном замкнутом контуре электрической цепи алгебраическая сумма произведений сил токов на сопротивления соответствующих участков этого контура (падений напряжений) равна алгебраический сумме ЭДС, встречающихся в этом контуре. .

Сверхпроводимость - явление резкого уменьшения сопротивления проводника до нуля при температурах, близких к абсолютному нулю.

Явление сверхпроводимости было открыто в 1911г. голландским физиком Г.Камерлинг – Оннесом на ртути (Т_кр=4,12К). Объясняется данное явление на основе квантовой теории.